JP2896201B2 - デイーゼルエンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ディーゼルエンジンの燃焼制御装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 一般に、ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプには、
エンジン回転数の上昇に伴って燃料噴射時期を進角させ
る進角手段が設けられ、例えば全負荷時における、燃料
噴射時期のエンジン回転数に対する進角特性は、第６図
中の直線H₁のように設定される。

しかしながら、このように燃料噴射時期を進角させる
と、エンジン出力は高まるものの、燃焼ガス中のNO_x量
が増加し、エミッション性能が低下するといった問題が
ある。そこで、一般に無負荷時には、第６図中の直線H₂
で示すように、進角特性を遅角側にずらせてエミッショ
ン性能を高めるようにしている。なお、回転数がN₁以下
の領域では全く進角されない。

その結果、エンジン低温時において、無負荷でかつN₁
近傍（概ね1500〜2000r.p.m.）の領域にあるときに（例
えば降坂走行時、停車暖機時、停車レーシング時）、着
火遅れによる半失火が生じ、エンジンに異常振動が生じ
たり、白煙が生じたりするといった問題がある。

そこで、一般にディーゼルエンジンには、エンジン低
温時に燃料噴射時期を機械的に進角させるコールドスタ
ートデバイス（以下、これをCSDという）が設けられ、
エンジン低温時の半失火が防止されるようになってお
り、CSDの進角量の冷却水温度（エンジン温度）に対す
る特性は、例えば第７図中の曲線H₃のように設定され
る。なお、冷却水温度が60℃を超える領域で燃料噴射時
期を進角させると、燃焼振動（ノッキング）による異常
音が発生するので、60℃を超える領域では通常進角され
ない。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、本願発明者らがディーゼルエンジンの
半失火の発生状況について詳細な研究を行なったとこ
ろ、無負荷であり、回転数が1500〜2000r.p.m.であり、
かつ冷却水温度が60〜80℃であるときには、依然半失火
が発生しやすいという事実を発見した。

これに対して、CSDの進角領域の上限を80℃付近まで
引き上げ、あるいは燃料噴射ポンプの無負荷時の進角特
性を進角側にずらせるといった対応が考えられるが、前
者では燃焼振動による異常音が発生し、後者ではエミッ
ション性能が低下するといった問題がある。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、エミッション性能の低下、燃焼振動による異常音
の発生等を招くことなく、半失火の発生を防止すること
ができるディーゼルエンジンの燃焼制御装置を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記研究結果と、一般にディーゼルエンジ
ンにはクランキング時または予熱時に燃料の燃焼を助勢
するためのグロープラグが設けられるという事実に着目
し（例えば、実開昭58−79022号公報参照）、上記の目
的を達するため、エンジン温度が低いときに燃料噴射時
期を進角補正させる低温進角装置と、燃料の着火を助勢
するグロープラグとが設けられたディーゼルエンジンの
燃焼制御装置において、エンジン温度が、進角による燃
焼振動が増大しはじめる温度域において予め設定された
基準温度を上限とする一定温度範囲内にあるときには低
温進角装置で燃焼噴射時期を進角補正させ、上記基準温
度を下限とする一定温度範囲内にあるときにはこの進角
補正を解除するとともにグロープラグを作動させるよう
にしたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御
装置を提供する。

［発明の作用・効果］ 本発明によれば、基準温度（例えば60℃）以下の燃焼
振動が小さい領域では、低温進角装置（CSD）による進
角補正が行なわれる。したがって、基準温度以下の領域
では、低温進角装置によって、燃焼振動ないし異常音を
発生させることなく半失火の発生が防止される。

また、基準温度を超える領域では、低温進角装置の進
角補正が解除されるとともに、グロープラグによって燃
料の燃焼が助勢されるので、燃焼振動ないし異常音を発
生させることなく、半失火の発生が防止される。なお、
一般にグロープラグはその使用に伴って劣化するが、上
記の半失火防止のためのグロープラグ使用時間は短いの
で、実質的にグロープラグの耐久性を低下させない。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

〈第１実施例〉 図示していないが、第１実施例におけるディーゼルエ
ンジンには、第６図に示すような進角特性をもつ燃料噴
射ポンプが設けられ、この燃料噴射ポンプに対して、第
７図に示すような進角特性をもつCSDが設けられてい
る。これらの燃料噴射ポンプとCSDとは、従来から用い
られているものであり、普通の機械的な制御機構により
制御されるようになっているので、その詳しい説明は省
略し、以下グロープラグの制御機構を説明する。

第１図に示すように、４気筒ディーゼルエンジンの各
気筒（図示せず）には、夫々、適当な電気抵抗をもつ耐
熱性金属材料からなる第１〜第４グロープラグ１〜４が
設けられ、基本的にはこれらにバッテリ５から第１導線
６を介して電力が供給されるようになっている。ここ
で、第1,第２グロープラグ1,2の、第１導線６と接続さ
れていない方の端子は、直接車体７に接続されている。
なお、バッテリ５のマイナス端子が車体７に接続されて
いるので、車体７への接続は、すなわちバッテリ５のマ
イナス端子への接続となる。一方、第3,第４グロープラ
グ3,4の、第１導線６と接続されていない方の端子は、
後で説明する第２リレー13が介設された、第２導線８を
介して車体７に接続されている。

第１導線６にはこれを電気的に継・断する第１リレー
11が介設されている。また、第１導線６の一部をなす、
第１リレー11よりバッテリ側の導線6aには第３導線12が
接続され、この第３導線12と第２導線８とに対して、３
端子型の第２リレー13が設けられている。この第２リレ
ー13は、第２導線８の一部をなすグロープラグ側の導線
8aを、第２導線８の一部をなす車体側の導線8bに接続す
るか、それとも第３導線12に接続するかを切替えられる
ようになっている。

そして、第1,第２リレー11,13を切替えることによっ
て、グロープラグ１〜４を制御するコントロールユニッ
ト15が設けられている。このコントロールユニット15
は、請求項１に記載された燃焼制御装置に相当する制御
装置であって、これには、CSD解除スイッチ16、水温ス
イッチ17、車速スイッチ18及びアクセルスイッチ19から
出力される各ハイ・ロー信号と、回転数センサ21及び触
媒温度センサ22から出力される各アナログ信号とが入力
されるようになっている。ここで、CSD解除スイッチ16
はCSDの進角が解除されたときに、水温スイッチ17は冷
却水温度が80℃以下のときに、車速スイッチ18は停車時
に、アクセルスイッチ19はアクセルペダル解放時に、夫
々ハイ信号を出力する。なお、各スイッチ16〜19は、ハ
イ信号を出力しないときにはロー信号を出力する。

コントロールユニット15には、第1,第２回転数スイッ
チ23,24と、触媒温度レベルスイッチ25と、第１〜第5AN
D回路26〜30と、OR回路31とnpn型の第1,第２パワートラ
ンジスタ32,33とが設けられている。

第1,第２回転数スイッチ23,24には、回転数センサ21
のアナログ出力信号（エンジン回転数）が入力され、第
１回転数スイッチ23はエンジン回転数が1500r.p.m.を超
えているときに、第２回転数スイッチ24はエンジン回転
数が2000r.p.m.を超えているときに、夫々ハイ信号を出
力する。

触媒温度レベルスイッチ25は、排気ガス浄化装置（図
示せず）に臨設された触媒温度センサ22のアナログ出力
信号（触媒温度）を受け、触媒温度が設定値より高いと
きにハイ信号を出力する。

第1AND回路26はCDS解除スイッチ16及び水温スイッチ1
7の出力信号を受け、両信号がともにハイのとき、すな
わち冷却水温度が80℃以下であり、かつCSDの進角が解
除されているときに、ハイ信号を出力する。第３図中の
折れ線G₃で示すように、CSDは、基準温度60℃以下の領
域でのみ燃料噴射時期を進角させるようになっているの
で、第1AND回路26は、冷却水温度が60〜80℃のときにハ
イ信号を出力することになる。

OR回路31は、車速スイッチ18及びアクセルスイッチ19
の出力信号を受け、少なくとも一方がハイのとき、すな
わち停車中またはアクセルペダル解放時、つまり無負荷
時にハイ信号を出力する。

第2AND回路27は、第1,第２回転数スイッチ23,24から
出力される各信号を受け、前者がハイでかつ後者がロー
のとき、すなわちエンジン回転数が、1500〜2000r.p.m.
のときに、ハイ信号を出力する。

第3AND回路28は、第1,第2AND回路26,27及びOR回路31
の各出力信号を受け、全信号がハイのときに、ハイ信号
を出力する。

第4,第5AND回路29,30は、夫々第3AND回路28及び触媒
温度レベルスイッチ25の各出力信号を受け、第4AND回路
29は両者がともにハイのときに、相5AND回路30は前者が
ハイで後者がローのときに、夫々ハイ信号を出力する。
つまり、冷却水温度が60〜80℃であり、エンジン回転数
が1500〜2000r.p.m.であり、かり無負荷であるときに
（以下、この状態を特定無負荷状態という）、触媒温度
が設定値を超えていれば第4AND回路29からハイ信号が出
力され、設定値以下であれば第5AND回路30からハイ信号
が出力されることになる。

なお、以上のコントロールユニット構成要素23〜31
は、ハイ信号を出力しないときにはロー信号を出力す
る。

第１パワートランジスタ32のベースＢには第4AND回路
29の出力信号が入力され、これがハイであればコレクタ
ＣからエミッタＥに電流が流れ、第１リレー11のソレノ
イド11aが励磁され、導線6a,6b間の接点が閉じられる。
一方、ベースＢに入力される信号がローであれば、コレ
クタＣとエミッタＥとが絶縁され、ソレノイド11aが消
磁され、導線6a,6b間の接点が開かれる。

第２パワートランジスタ33のベースＢには第5AND回路
30の出力信号が入力され、これがハイであればコレクタ
ＣからエミッタＥに電流が流れ、第２リレー13のソレノ
イド13aが励磁され、導線8aが第３導線12に接続され
る。一方、ベースＢに入力される信号がローであれば、
コレクタＣとエミッタＥとが絶縁され、ソレノイド13a
が消磁力され、導線8aが導線8bに接続される。

以下、上記構成における第１〜第４グロープラグ１〜
４の動作を説明する。

（１）特定無負荷状態（冷却水温度60〜80℃、エンジン
回転数1500〜2000r.p.m.、かつ停車時またはアクセルペ
ダル解放時）のときには、第1,第2AND回路26,27及びOR
回路31から夫々ハイ信号が出力され、これに伴って第3A
ND回路28からハイ信号が出力される。このとき、後で説
明するように、触媒温度レベルスイッチ25の出力信号の
ハイ・ローに応じて電圧は切替えられるが、いずれの場
合もグロープラグ１〜４が通電され、燃料の燃焼が助勢
される。

すなわち、このような特定無負荷状態においては、前
記したとおり半失火が発生しやすい状況にあり、かつCS
Dで燃料噴射時期を進角させると、燃焼振動による異常
音が発生するので、第３図において、折れ線G₂で示すよ
うな通電特性でグロープラグ１〜４に通電し、燃料の燃
焼を助勢して半失火の発生を防止するようにしている。
なお、第１実施例では、冷却水温度が30℃以下の超低温
領域でも、直線G₁で示すような通電特性で、グロープラ
グ１〜４に通電し、燃料の燃焼を助勢するようにしてい
る。また、普通のディーゼルエンジンと同様に、クラン
キング時と予熱時にもグロープラグ１〜４に通電するよ
うにしている。

以下、特定無負荷状態において、触媒温度が設定値を
超える場合と超えない場合とに分けて、グロープラグ１
〜４の動作を説明する。

ｉ）触媒温度が設定値以下のとき 第3AND回路28からハイ信号が出力され、触媒温度レベ
ルスイッチ25からロー信号が出力され、これに伴って第
4AND回路29からロー信号が出力され、第5AND回路30から
ハイ信号が出力される。したがって、第１リレー11によ
って導線6a,6b間の接点が開かれ、第２リレー13によっ
て導線8aが第３導線12に接続される。このとき、第3,第
４グロープラグ3,4と、第1,第２グロープラグ1,2とは直
列接続となり、第１〜第４グロープラグ１〜４にバッテ
リ電圧の1/2の電圧がかけられる。このときグロープラ
グ１〜４は低発熱状態となる。

一般に半失火状態が生じると、排気ガスに未燃焼燃料
が混入し、この未燃焼燃料の酸化熱によって排気ガス浄
化触媒が高温となるので、失火の度合が強いときほど触
媒温度が高くなるといった関係がある（実開昭62−5674
3号公報参照）。

したがって、触媒温度が設定値以下のときには、失火
の度合が弱いので、バッテリ電圧の1/2の電圧で半失火
の発生が十分防止される。一般に、グロープラグ１〜４
は使用に伴って劣化するが、このように半失火の度合が
弱いときには、かける電圧を低くしているので、グロー
プラグ１〜４の耐久性が向上する。

ii）触媒温度が設定値を超えるとき 第3AND回路28と触媒温度レベルスイッチ25とから夫々
ハイ信号が出力され、これに伴って第4AND回路29からハ
イ信号が出力され、第5AND回路30からロー信号が出力さ
れる。したがって、第１リレー11によって導線6a,6b間
の接点が閉じられ、第２リレー13によって導線8aが導線
8bに接続される。このとき、各グロープラグ１〜４は並
列接続となり、これらに夫々バッテリ電圧がそのままか
けられる。このとき、グロープラグ１〜４は高発熱状態
となる。

触媒温度が設定値を超えるときには、失火の度合が強
くなるが、このようにグロープラグ１〜４に高い電圧
（バッテリ電圧）がかけられるので、半失火が完全に防
止される。

なお、第４図中の直線G₆で示すように、グロープラグ
温度は、通常エンジン回転数の上昇に伴って低下するの
で、普通のグロープラグ制御方法では、1500〜2000r.p.
m.の領域で燃焼助勢効果が低くなり、半失火を完全に防
止できなくなるおそれがある。しかしながら、本案で
は、失火の度合が強いときには、電圧が高められるの
で、点Ｐで示すようにグロープラグ温度が高められ、上
記問題は解消される。

（２）特定無負荷状態でないときには、第1,第2AND回路
26,27とOR回路31のうち、少なくとも１つからロー信号
が出力され、これに伴って第3AND回路28からロー信号が
出力される。したがって、第4,第5AND回路29,30から
は、ともにロー信号が出力され、このとき第１リレー11
によって導線6a,6b間の接点が開かれ、第２リレー13に
よって、導線8aが導線8bに接続される。したがって、第
１〜第４グロープラグ１〜４は通電されない。

しかしながら、冷却水温度が60℃以下の領域では、CS
Dによって、第３図中の折れ線G₃で示すような特性で、
燃料噴射時期が進角させられる。したがって、無負荷状
態でエンジン回転数が1500〜2000r.p.m.となっても、半
失火の発生が防止される。なお、前記したとおりこの領
域では進角による燃焼振動ないし異常音は軽微である。

〈第２実施例〉 以下、第２図を参照しつつ、本発明の第２実施例を説
明するが、重複を避けるため、第１図に示す第１実施例
と同一の部材には同一番号を付し、その説明を省略す
る。以下、第１実施例と異なる点についてのみ説明す
る。

第２実施例では、特定無負荷状態において、触媒温度
が高いとき程、第１〜第４グロープラグ１〜４の通電時
間を長くするようにしている。

すなわち、触媒温度に応じて、第５図中の折れ線G₄で
示すような特性で、通電時間を設定し、この通電時間に
相当する時間だけハイ信号を出力するタイマ42が設けら
れている。なお、各グロープラグ１〜４は並列接続とな
っている。また、導線6bには、グロープラグ１〜４にか
けられる電圧を調整するための調整抵抗41が設けられて
いる。

第２実施例によれば、触媒温度が高いときほど、すな
わち失火の度合が強いとき程、グロープラグ１〜４の通
電時間が長くなり、半失火が有効に防止される。また、
失火の度合いが弱いときには、通電時間が短くなるの
で、グロープラグ１〜４の耐久性が高められる。普通の
グロープラグ制御方法では、第５図中の折れ線G₅で示す
ような特性で通電されるので、本案によれば、折れ線G₅
と折れ線G₄の差に相当する分だけ、グロープラグ１〜４
の使用時間が短くなり、その耐久性が高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す、ディーゼルエン
ジンのグロープラグとその制御機構のシステム構成図で
ある。 第２図は、本発明の第２実施例を示す第１図と同様の図
である。 第３図は、第１実施例における、グロープラグの通電時
間と、CSDの進角両の、冷却水温度に対する特性を示す
図である。 第４図は、第１実施例における、グロープラグ温度の、
エンジン回転数に対する特性を示す図である。 第５図は、第２実施例における、グロープラグ通電時間
の触媒温度に対する特性を示す図である。 第６図は、従来のディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプ
の進角量の、エンジン回転数に対する特性を示す図であ
る。 第７図は、従来のディーゼルエンジンのCSDの進角量
の、冷却水温度に対する特性を示す図である。 １〜４…第１〜第４グロープラグ、５…バッテリ、７…
車体、11,13…第1,第２リレー、15…コントロールユニ
ット、16…CSD解除スイッチ、17…水温スイッチ、18…
車速スイッチ、19…アクセルスイッチ、21…回転数セン
サ、23,24…第1,第２回転数スイッチ、32,33…第1,第２
パワートランジスタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−99736（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−53441（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−143138（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−219856（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−181943（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−55140（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−197235（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 F02P 19/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジン温度が低いときに燃料噴射時期を
   進角補正させる低温進角装置と、燃料の着火を助勢する
   グロープラグとが設けられたディーゼルエンジンの燃焼
   制御装置において、 エンジン温度が、進角による燃焼振動が増大しはじめる
   温度域において予め設定された基準温度を上限とする一
   定温度範囲内にあるときには低温進角装置で燃焼噴射時
   期を進角補正させ、上記基準温度を下限とする一定温度
   範囲内にあるときにはこの進角補正を解除するとともに
   グロープラグを作動させるようにしたことを特徴とする
   ディーゼルエンジンの燃焼制御装置。